作用之一缓冲液在电泳过程中的作用是维持合适的pH。电泳时的正极与负极都会发生电解反应,正极发生的是氧化反应,负极发生的是还原反应。长时间的电泳将使正极变酸,负极变碱。一个好的缓冲系统应有较强的缓冲能力,
凝胶电泳是为了分离不同物理性质(如大小、形状、等电点等)的分子。加入缓冲溶液是为了调节合适的离子浓度和PH值,保持分离物质分子构象不变。缓冲液在电泳过程中的一个作用是维持合适的pH。电泳时正极与负极都会发生电解反应,正极发生的是氧化反应(4OH--4e->2H2O+O2),负极发生的是还原反应(4H++4e->2H2),长时间的电泳将使正极变酸,负极变碱。一个好的缓冲系统应有较强的缓冲能力,是溶液两极的pH保持基本不变。
电泳缓冲液的另一个作用是使溶液具有一定的导电性,以利于DNA分子的迁移,例如,一般电泳缓冲液中应含有001-004mol/L的Na+离子,Na+离子的浓度太低时电泳速度变慢;太高时就会造成过大的电流使胶发热甚至熔化。
电泳缓冲液还有一个组分是EDTA,加入浓度为1-2mmol/L,目的是螯合Mg2+ 等离子,防止电泳时激活 DNA酶,此外还可防止Mg2+离子与核酸生成沉淀。
一、操作步骤:
1、电泳方法
一般的核酸检测只需要琼脂糖凝胶电泳就可以;如果需要分辨率高的电泳,特别是只有几个bp的差别应该选择聚丙烯酰胺凝胶电泳;用普通电泳不合适的巨大DNA链应该使用脉冲凝胶电泳。
2、凝胶浓度
对于琼脂糖凝胶电泳,浓度通常在05~2%之间,低浓度的用来进行大片段核酸的电泳,高浓度的用来进行小片段分析。低浓度胶易碎,小心操作和使用质量好的琼脂糖是解决办法。
3、缓冲液
常用的缓冲液有TAE和TBE,而TBE比TAE有着更好的缓冲能力。电泳时使用新制的缓冲液可以明显提高电泳效果。
4、电压和温度
电泳时电场强度不应该超过20V/cm,电泳温度应该低于30℃,对于巨大的DNA电泳,温度应该低于15℃。
5、DNA样品的纯度和状态
注意样品中含盐量太高和含杂质蛋白均可以产生条带模糊和条带缺失的现象。乙醇沉淀可以去除多余的盐,用酚可以去除蛋白。
6、DNA的上样
正确的DNA上样量是条带清晰的保证。注意太多的DNA上样量可能导致DNA带型模糊,而太小的DNA上样量则导致带信号弱甚至缺失。
7、Marker的选择
DNA电泳一定要使用DNA Marker或已知大小的正对照DNA来估计DNA片段大小。Marker应该选择在目标片段大小附近ladder较密的,这样对目标片段大小的估计才比较准确。
8、凝胶的染色和观察
实验室常用的核酸染色剂是溴化乙锭(EB),染色效果好,操作方便,但是稳定性差,具有毒性。注意观察凝胶时应根据染料不同使用合适的光源和激发波长,如果激发波长不对,条带则不易观察,出现条带模糊的现象。
二、注意事项:
1、巨大的DNA链用普通电泳可能跑不出胶孔导致缺带。
2、高浓度的胶可能使分子大小相近的DNA带不易分辨,造成条带缺失现象。
3、电泳缓冲液多次使用后,离子强度降低,pH值上升,缓冲性能下降,可能使DNA电泳产生条带模糊和不规则的DNA带迁移的现象。
4、如果电泳时电压和温度过高,可能导致出现条带模糊和不规则的DNA带迁移的现象。特别是电压太大可能导致小片段跑出胶而出现缺带现象。
5、变性的DNA样品可能导致条带模糊和缺失,也可能出现不规则的DNA条带迁移。在上样前不要对DNA样品加热,用20mM NaCl缓冲液稀释可以防止DNA变性。
6、太多的DNA上样量可能导致DNA带型模糊,而太小的DNA上样量则导致带信号弱甚至缺失。
扩展资料
琼脂糖凝胶具有网络结构,物质分子通过时会受到阻力,大分子物质在涌动时受到的阻力大,因此在凝胶电泳中,带电颗粒的分离不仅取决于净电荷的性质和数量,而且还取决于分子大小,这就大大提高了分辨能力。
但由于其孔径相比于蛋白质太大,对大多数蛋白质来说其分子筛效应微不足道,现广泛应用于核酸的研究中。
蛋白质和核酸会根据pH不同带有不同电荷,在电场中受力大小不同,因此跑的速度不同,根据这个原理可将其分开。电泳缓冲液的pH在6~9之间,离子强度002~005为最适。常用1%的琼脂糖作为电泳支持物。
琼脂糖凝胶约可区分相差100bp的DNA片段,其分辨率虽比聚丙烯酰胺凝胶低,但它制备容易,分离范围广。普通琼脂糖凝胶分离DNA的范围为02-20kb,利用脉冲电泳,可分离高达10^7bp的DNA片段。
DNA分子在琼脂糖凝胶中泳动时有电荷效应和分子筛效应。DNA分子在高于等电点的pH溶液中带负电荷,在电场中向正极移动。由于糖-磷酸骨架在结构上的重复性质,相同数量的双链DNA几乎具有等量的净电荷,因此它们能以同样的速率向正极方向移动。
参考资料来源:百度百科-琼脂糖凝胶电泳
电泳
electrophoresis
简单说电泳就是把某些物质放在一个可以游泳的地方(某种基质),然后在这个泳池的两端加上电压,让这种物质在里面游起来,以达到某种实验或应用目的。
什么是电泳
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溶液中带电粒子(离子)在电场中移动的现象。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。1937 年瑞典学者 AWK蒂塞利乌斯设计制造了移动界面电泳仪 ,分离了马血清白蛋白的3种球蛋白,创建了电泳技术。
在确定的条件下,带电粒子在单位电场强度作用下,单位时间内移动的距离(即迁移率)为常数,是该带电粒子的物化特征性常数。不同带电粒子因所带电荷不同,或虽所带电荷相同但荷质比不同,在同一电场中电泳,经一定时间后,由于移动距离不同而相互分离。分开的距离与外加电场的电压与电泳时间成正比。
在外加直流电源的作用下,胶体微粒在分散介质里向阴极或阳极作定向移动,这种现象叫做电泳。利用电泳现象使物质分离,这种技术也叫做电泳。胶体有电泳现象,证明胶体的微粒带有电荷。各种胶体微粒的本质不同,它们吸附的离子不同,所以带有不同的电荷。利用电泳可以确定胶体微粒的电性质,向阳极移动的胶粒带负电荷,向阴极移动的胶粒带正电荷。一般来讲,金属氢氧化物、金属氧化物等胶体微粒吸附阳离子,带正电荷;非金属氧化物、非金属硫化物等胶体微粒吸附阴离子,带负电荷。因此,在电泳实验中,氢氧化铁胶体微粒向阴极移动,三硫化二砷胶体微粒向阳极移动。利用电泳可以分离带不同电荷的溶胶。例如,陶瓷工业中用的粘土,往往带有氧化铁,要除去氧化铁,可以把粘土和水一起搅拌成悬浮液,由于粘土粒子带负电荷,氧化铁粒子带正电荷,通电后在阳极附近会聚集出很纯净的粘土。工厂除尘也用到电泳。利用电泳还可以检出被分离物,在生化和临床诊断方面发挥重要作用。本世纪40年代末到50年代初相继发展利用支持物进行的电泳,如滤纸电泳,醋酸纤维素膜电泳、琼脂电泳;50年代末又出现淀粉凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳等。目前,电泳技术已广泛应用于分析化学、生物化学、临床化学、药理学、免疫学、微生物学、遗传学等科学中。
电泳种类
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按分离原理的不同,电泳分为 4类:移动界面电泳、区带电泳、等电聚焦电泳和等速电泳(见图)。
①移动界面电泳是将被分离的离子(如阴离子)混合物置于电泳槽的一端(如负极),在电泳开始前,样品与载体电解质有清晰的界面。电泳开始后,带电粒子向另一极(正极)移动,泳动速度最快的离子走在最前面,其他离子依电极速度快慢顺序排列,形成不同的区带。只有第一个区带的界面是清晰的,达到完全分离,其中含有电泳速度最快的离子,其他大部分区带重叠(图a)。
②区带电泳是在一定的支持物上,于均一的载体电解质中,将样品加在中部位置,在电场作用下,样品中带正或负电荷的离子分别向负或正极以不同速度移动,分离成一个个彼此隔开的区带( 图b )。区带电泳按支持物的物理性状不同,又可分为纸和其他纤维膜电泳、粉末电泳、凝胶电泳与丝线电泳。
③等电聚焦电泳是将两性电解质加入盛有pH梯度缓冲液的电泳槽中,当其处在低于其本身等电点的环境中则带正电荷,向负极移动;若其处在高于其本身等电点的环境中,则带负电向正极移动。当泳动到其自身特有的等电点时,其净电荷为零,泳动速度下降到零,具有不同等电点的物质最后聚焦在各自等电点位置 ,形成一个个清晰的区带( 图c ),分辨率极高。
④等速电泳是在样品中加有领先离子(其迁移率比所有被分离离子的大)和终末离子(其迁移率比所有被分离离子的小),样品加在领先离子和终末离子之间,在外电场作用下,各离子进行移动,经过一段时间电泳后,达到完全分离。被分离的各离子的区带按迁移率大小依序排列在领先离子与终末离子的区带之间。由于没有加入适当的支持电解质来载带电流 ,所得到的区带是相互连接的(图d),且因“ 自身校正”效应,界面是清晰的,这是与区带电泳不同之处。
电泳分离原理示意图 a 移动界面电泳 b 区带电泳 c 等电聚焦电泳 d 等速电泳 L 领先离子 T 终末离子
应用
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电泳已日益广泛地应用于分析化学、生物化学、临床化学、毒剂学、药理学、免疫学、微生物学、食品化学等各个领域。在直流电场中,带电粒子向带符号相反的电极移动的现象称为电泳(electropho-resis)。1809年俄国物理学家Peнce首先发现了电泳现象,但直到1937年瑞典的Tiselius建立了分离蛋白质的界面电泳(boundary electrophoresis)之后,电泳技术才开始应用。本世纪60-70年代,当滤纸、聚丙烯酰胺凝胶等介质相继引入电泳以来,电泳技术得以迅速发展。丰富多彩的电泳形式使其应用十分广泛。电泳技术除了用于小分子物质的分离分析外,最主要用于蛋白质、核酸、酶,甚至病毒与细胞的研究。由于某些电泳法设备简单,操作方便,具有高分辨率及选择性特点,已成为医学检验中常用的技术。
电泳又名 —— 电着 ( 著 ) ,泳漆,电沉积。创始于二十世纪六十年代,由福特汽车公司最先应用于汽车底漆。由于其出色的防腐、防锈功能,很快在军工行业得到广泛应用。近几年才应用到日用五金的表面处理。由于其优良的素质和高度环保,正在逐步替代传统油漆喷涂。
*样品制备
样品必须完全溶解于上样缓冲液,否则不能在凝胶中移动。样品太浓可能产生假相。
样品缓冲液包含盐类(维持样品)、甘油(增加重量从而使样品下沉至点样孔)、以及示踪染料(以便监测电泳进程)。
样品缓冲液可以分装成小部分冻存。
缓冲液加到凝胶上之后才能点样。
样品缓冲液中的示踪染料可以指示什么时候终止电泳。两种最常用的染料是漠酚蓝(BPB) 与二甲基苯青FF 。
*标准分子质量
标准分子质量应同时电泳,用来检测电泳进展以及分析结果。
使用相适应的标准分子质量。
胶连同分子质量标准物一起拍照。标上各条带的大小。
标准分子质量有带标记的与不带标记的两种。标记可以是荧光、发光体或者放射性元素。如果手边没有带标记的标准物,可以将染色后的胶与事后标记的印迹相比较。
在每一块胶的同一泳道点上标准物。把标准物加在第一个泳道,就能知道胶的方向。
点上正对照与负对照。
*样式
琼脂糖凝胶一般以水平方向进行电泳,而聚丙烯酰胺凝胶则是以垂直方向进行电泳。潜水型胶是一种水平方向胶,凝胶被浸淹在电泳槽的底部。
凝胶可以制成多种大小。测序胶必须制成大胶,但是对于大多筛选与转移用胶,甚至包括双向凝胶来说,只要不是把分子量相近的条带区分割,小型胶就可以了。
毛细管电泳利用开口狭小的毛细管来进行DNA 、蛋白质和其他小分子的自动高效分离。分离是与检测分析相连,就像色谱仪器一样。只有专门实验室才有毛细管电泳设备。
*凝胶
聚丙烯酰胺VS
琼脂糖。尽管凝胶电泳可以在滤纸、醋酸纤维素、淀粉或者其他基质上进行,大多数研究者还是只采用聚丙烯酰胺或琼脂糖凝胶。两种都是多孔性胶,像分子筛样起作用(聚丙烯酰胺或者琼脂糖的百分比越高孔越小)。理论上,任何一种都可以用来分离DNA
、RNA 或者蛋白质。但是,聚丙烯酰胺在低百分比浓度时很软,难以用手操作。一般采用高百分比浓度,用以分析蛋白质和小核苷酸。
低百分比琼脂糖凝胶相对较硬,易于操作,用来分离目的分子,如DNA和RNA或者巨大的蛋白质和蛋白质复体。
胶的浓度必须与片断大小相适应。
每次切去胶的同一小角。这样,万一胶掉落、翻转或在转移过程中放置凝胶,都能给定位做参考。
*缓冲液
大多数电泳缓冲液配成高浓度母液,在电泳前稀释。
每一种缓冲液在某一电流时会有特定的电压。要认识每一种缓冲液的特性,这样,出错时,就马上可以注意到。
*电源
电源输出有几种模式:稳压(mV) 、稳流(安培,或者简称安)以及稳功率(瓦特,瓦) 。许多型号允许设定程序,在各种模式之间自动转换。这样可以使用最佳的电压( 在电泳过程中可能发生变化)同时不超出容量。
不是所有的电源输出装置都相同,所以不能简单地将电泳装置接到任意装置上。要清楚你需要什么电流或者电压,然后找出需要的装置。
大多数实验室都有不止一个电源装置用于测序胶(要求高电压)、电泳转移(要求高电流)以及用于琼脂糖和聚丙烯酰胺电泳(使用大范围的电压)的装置。很少有电源装置能同时满足所有的要求。
变性蛋白胶与DNA和RNA胶中的样品会从负极(阴极)移到正极(阳极) 。用红色导线接正极(+),黑色导线接负极(一)。可以用同一个电源输出装置同时进行几块胶的电泳,但是没问过其他人前不要这样做,因为电泳条件会发生变化。
设置闹钟提醒自己察看胶。特别是当你要察看低分子质量的分子时,样品很容易跑出胶进入缓冲液中。
接触任何东西前,确信电泳装置必须处于断电状态。如果电源没被切断,不要进行任何操作!
电流效应
电流(mA)效应
交流电直流电
≤15没有感觉
1~8 电击感觉, 不疼
8~15 疼痛性电击,个别人可以摆脱紧握
15~2075肌肉控制丧失,不能摆脱紧握
20~50 肌肉收缩,呼吸困难
50~100300~500可能会出现心室纤维颤动
100~200 心室纤维颤动
≥200 严重灼伤,肌肉收缩严重以致心跳停止
*固定
凝胶是否需要固定取决于用途。需要染色的胶一般需要固定,而用于转移的胶则不需要固定。
*干燥
通过出去胶上的水,胶基质变薄。干燥之后的胶在放射自显影后条带更清晰。
在凝胶干燥仪上干燥一块胶不需1小时。凝胶干燥仪可以加热,从而加快干燥过程。
*染色
DNA与RNA的染色可以通过在电泳前把染料加到样品中完成,也可以在事后染色。
蛋白质胶在电泳后染色。
*记录
凝胶经溴化乙锭染色后的Polaroid照片与蛋白质凝胶的35 mm照片是最常用的记录方式。
数字记录与分析系统最常使用,所有数据可以直接用来演示。
各种转移的记录方式取决于体系与实验。例如,放射自显影与化学发光结果可以记录在X射线胶片上,而信号可用光密度计定量。
*确定分子质量
蛋白质的分子质量可用SDS-PAGE确定,而DNA与RNA的分子质量可以由琼脂糖凝胶电泳来确定。对某一分子而言,其分子质量的对数与其Rf(相对迁移距离)存在线性关系。以标准物的迁移距离对其分子质量的对数作图,得到标准曲线,而样品的Rf 值一也就是分子质量一可以由图外推得到。
1制胶,胶的浓度应最适宜分离分子质量相近的分子。同时电泳分子质量标准物,其范围涵盖有目的分子的大致大小。
2跑胶,防止染料前沿跑出胶的边际。
3胶染色,拍照。如果样品是放射性标记的,你可以使用放射性标记的标准物或者把胶与放射自显影胶片相比较。4测定从样品孔到每一标准条带的距离。计算每个数值的对数,画到常规图纸的Y 轴上。X 轴上是迁移的距离(以厘米计最方便)。对大多数标准物条带应该得到一条盲线。
5把样品迁移距离画到图上。外推标准曲线,确定分子质量。
电泳是指带粒子在电场中向与自身带相反电荷的电极移动的现象。不同的带电颗粒在同一电场中泳动的速度不同。常用泳动度(或迁移率)来表 示。泳动度是指带电颗粒在单位电场强度下电泳的速度。电泳技术以支持物分纸电泳,醋酸纤维素薄膜电泳,淀粉凝胶电泳,琼 脂(糖)凝胶电泳及聚丙烯酰胺凝胶电泳等。经凝胶形状分有水平平板电泳,园盘柱 状电泳及垂直平板电泳。
用支持体的电泳技术:
1纸上电泳
2醋酸纤维薄膜电泳
3薄层电泳
4非凝胶性支持体区带电泳 (支持体有:淀粉,纤维素粉,玻璃粉,硅胶等)
5凝胶支持体区带电泳 ①淀粉液 ②聚丙烯酰胺凝胶 ③琼脂(糖)凝胶
不用支持体的电泳技术:
1Tiselius或微量电泳
2显微电泳
3等电点聚焦电泳技术
4等速电泳技术
5密度梯度电泳
电泳技术的应用
在直流电场中,带电粒子向带符号相反的电极移动的现象称为电泳(electropho-resis)。1809年俄国物理学家Peнce首先发现了电泳现象,但直到1937年瑞典的Tiselius建立了分离蛋白质的界面电泳(boundary electrophoresis)之后,电泳技术才开始应用。本世纪60-70年代,当滤纸、聚丙烯酰胺凝胶等介质相继引入电泳以来,电泳技术得以迅速发展。丰富多彩的电泳形式使其应用十分广泛。电泳技术除了用于小分子物质的分离分析外,最主要用于蛋白质、核酸、酶,甚至病毒与细胞的研究。由于某些电泳法设备简单,操作方便,具有高分辨率及选择性特点,已成为医学检验中常用的技术。
一、电泳技术的基本原理和分类
在电场中,推动带电质点运动的力(F)等于质点所带净电荷量(Q)与电场强度(E)的乘积。
F=QE
质点的前移同样要受到阻力(F)的影响,对于一个球形质点,服从Stoke定律,即:
F′=6πrην
式中r为质点半径,η为介质粘度,ν为质点移动速度,当质点在电场中作稳定运动时:
F=F′即QE=6πrην
上式交换后可写成
ν/E的含意为单位电场强度下的移动速度,里可用迁移率μ表示,即
从上式可见,球形质点的迁移率,首先取决于自身状态,即与所带电量成正比,与其半径及介质粘度成反比。除了自身状态的因素外,电泳体系中其它因素也影响质点的电泳迁移率。
电泳法可分为自由电泳(无支持体)及区带电泳(有支持体)两大类。前者包括Tise-leas式微量电泳、显微电泳、等电聚焦电泳、等速电泳及密度梯度电泳。区带电泳则包括滤纸电泳(常压及高压)、薄层电泳(薄膜及薄板)、凝胶电泳(琼脂、琼脂糖、淀粉胶、聚丙烯酰胺凝胶)等。
自由电泳法的发展并不迅速,因为其电泳仪构造复杂、体积庞大,操作要求严格,价格昂贵等。而区带电泳可用各种类型的物质作支持体,其应用比较广泛。本节仅对常用的几种区带电泳分别加以叙述。
二、影响电泳迁移率的因素
⒈电场强度 电场强度是指单位长度(cm)的电位降,也称电势梯度。如以滤纸作支持物,其两端浸入到电极液中,电极液与滤纸交界面的纸长为20cm,测得的电位降为200V,那么电场强度为200V/20cm=10V/cm。当电压在500V以下,电场强度在2-10v/cm时为常压电泳。电压在500V以上,电场强度在20-200V/cm时为高压电泳。电场强度大,带电质点的迁移率加速,因此省时,但因产生大量热量,应配备冷却装置以维持恒温。
⒉溶液的pH值溶液的pH决定被分离物质的解离程度和质点的带电性质及所带净电荷量。例如蛋白质分子,它是既有酸性基团(-COOH),又有碱性基团(-NH2)的两性电解质,在某一溶液中所带正负电荷相等,即分子的净电荷等于零,此时,蛋白质在电场中不再移动,溶液的这一pH值为该蛋白质的等电点(isoelctric point,pI)。若溶液pH处于等电点酸侧,即pH<pl,则蛋白质带正电荷,在电场中向负极移动。若溶液pH处于等电点碱侧,即pH>pl,则蛋白质带负电荷,向正极移动。溶液的pH离pl越远,质点所带净电荷越多,电泳迁移率越大。因此在电泳时,应根据样品性质,选择合适的pH值缓冲液。
⒊溶液的离子强度电泳液中的离子浓度增加时会引起质点迁移率的降低。其原因是带电质点吸引相反符合的离子聚集其周围,形成一个与运动质点符合相反的离子氛(ionic atmosphere),离子氛不仅降低质点的带电量,同时增加质点前移的阻力,甚至使其不能泳动。然而离子浓度过低,会降低缓冲液的总浓度及缓冲容量,不易维持溶液的pH值,影响质点的带电量,改变泳动速度。离子的这种障碍效应与其浓度和价数相关。可用离子强度I表示。
式中S表示溶液中离子种类,Ci和Zi分别表示每种离子的摩尔浓度与化合价。最常用I值在002-02之间。
⒋电渗在电场作用下液体对于固体支持物的相对移动称为电渗(electro-osmosis)。其产生的原因是固体支持物多孔,且带有可解离的化学基团,因此常吸附溶液中的正离子或负离子,使溶液相对带负电或正电。如以滤纸作支持物时,纸上纤维素吸附OH-带负电荷,与纸接触的水溶液因产生H3O+,带正电荷移向负极,若质点原来在电场中移向负极,结果质点的表现速度比其固有速度要快,若质点原来移向正极,表现速度比其固有速度要慢,可见应尽可能选择低电渗作用的支持物以减少电渗的影响。
三、电泳分析常用方法
(一)醋酸纤维素薄膜电泳
醋酸纤维素是提纤维素的羟基乙酰化形成的纤维素醋酸酯。由该物质制成的薄膜称为醋酸纤维素薄膜。这种薄膜对蛋白质样品吸附性小,几乎能完全消除纸电泳中出现的“拖尾”现象,又因为膜的亲水性比较小,它所容纳的缓冲液也少,电泳时电流的大部分由样品传导,所以分离速度快,电泳时间短,样品用量少,5μg的蛋白质可得到满意的分离效果。因此特别适合于病理情况下微量异常蛋白的检测。
醋酸纤维素膜经过冰醋酸乙醇溶液或其它透明液处理后可使膜透明化有利于对电泳图谱的光吸收扫描测定和膜的长期保存。
⒈材料与试剂醋酸纤维素膜一般使用市售商品,常用的电泳缓冲液为pH86的巴比妥缓冲液,浓度在005-009mol/L。
⒉操作要点
⑴膜的预处理:必须于电泳前将膜片浸泡于缓冲液,浸透后,取出膜片并用滤纸吸去多余的缓冲液,不可吸得过干。
⑵加样:样品用量依样品浓度、本身性质、染色方法及检测方法等因素决定。对血清蛋白质的常规电泳分析,每cm加样线不超过1μl,相当于60-80μg的蛋白质。
⑶电泳:可在室温下进行。电压为25V/cm,电流为04-06mA/cm宽。
⑷染色:一般蛋白质染色常使用氨基黑和丽春红,糖蛋白用甲苯胺蓝或过碘酸-Schiff试剂,脂蛋白则用苏丹黑或品红亚硫酸染色。
⑸脱色与透明:对水溶性染料最普遍应用的脱色剂是5%醋酸水溶液。为了长期保存或进行光吸收扫描测定,可浸入冰醋酸:无水乙醇=30:70(V/V)的透明液中。
(二)凝胶电泳
以淀粉胶、琼脂或琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等作为支持介质的区带电泳法称为凝胶电泳。其中聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)普遍用于分离蛋白质及较小分子的核酸。琼脂糖凝胶孔径较大,对一般蛋白质不起分子筛作用,但适用于分离同工酶及其亚型,大分子核酸等应用较广,介绍如下:
⒈琼脂糖凝胶电泳的原理概述琼脂糖是由琼脂分离制备的链状多糖。其结构单元是D-半乳糖和36-脱水-L-半乳糖。许多琼脂糖链依氢键及其它力的作用使其互相盘绕形成绳状琼脂糖束,构成大网孔型凝胶。因此该凝胶适合于免疫复合物、核酸与核蛋白的分离、鉴定及纯化。在临床生化检验中常用于LDH、CK等同工酶的检测。
⒉琼脂糖凝胶电泳分离核酸的基本技术在一定浓度的琼脂糖凝胶介质中,DNA分子的电泳迁移率与其分子量的常用对数成反比;分子构型也对迁移率有影响,如共价闭环DNA>直线DNA>开环双链DNA。当凝胶浓度太高时,凝胶孔径变小,环状DNA(球形)不能进入胶中,相对迁移率为0,而同等大小的直线DNA(刚性棒状)可以按长轴方向前移,相对迁移率大于0。
⑴设备与试剂:琼脂糖凝胶电泳分为垂直及水平型两种。其中水平型可制备低浓度琼脂糖凝胶,而且制胶与加样都比较方便,故应用比较广泛。核酸分离一般用连续缓冲体系,常用的有TBE(008mol/l Tris·HCl,pH85,008mol/L硼酸,00024mol/l EDTA)和THE(004mol/l Tris·HCl。pH78,02mol/L醋酸钠,00018mol/l EDTA)。
⑵凝胶制备:用上述缓冲液配制05%-08%琼脂糖凝胶溶液,沸水浴或微波炉加热使之融化,冷至55℃时加入溴化乙锭(EB)至终浓度为05μg/ml,然后将其注入玻璃板或有机玻璃板组装好的模子中,厚度依样品浓度而定。注胶时,梳齿下端距玻璃板05-10mm,待脱凝固后,取出梳子,加入适量电极缓冲液使板胶浸没在缓冲液下1mm处。
⑶样品制备与加样:溶解于TBE或THE内的样品应含指示染料(0025%溴酚蓝或桔黄橙)、蔗糖(10%-15%)或甘油(5%-10%),也可使用25%Fico Ⅱ增加比重,使样品集中,每齿孔可加样5-10μg。
⑷电泳:一般电压为5-15V/cm。对大分子的分离可用电压5V/cm。电泳过程最好在低温条件下进行。
⑸样品回收:电泳结束后在紫外灯下观察样品的分离情况,对需要的DNA分子或特殊片段可从电泳后的凝胶中以不同的方法进行回收,如电泳洗脱法:在紫外灯下切取含核酸区带的凝胶,将其装入透析袋(内含适量新鲜电泳缓冲液),扎紧透析袋后,平放在水平型电泳槽两电极之间的浅层缓冲液中,100V电泳2-3小时,然后正负电极交换,反向电泳2分钟,使透析袋上的DNA释放出来。吸出含DNA的溶液,进行酚抽提、乙醇沉淀等步骤即可完成样品的回收。
其它还有低融点琼脂糖法、醋酸铵溶液浸出法、冷冻挤压法等,但各种方法都仅仅有利于小分子量DNA片段(<1kb)的回收,随着DNA分子量的增大,回收量显著下降。
(三)等电聚焦电泳技术
等电聚焦(isoelectric focusing,IEF)是60年代中期问世的利用有pH梯度的介质分离等电点不同的蛋白质的电泳技术。由于其分辨率可达001pH单位,因此特别适合于分离分子量相近而等电点不同的蛋白质组分。
⒈IEF的基本原理在IEF的电泳中,具有pH梯度的介质其分布是从阳极到阴极,pH值逐渐增大。如前所述,蛋白质分子具有两性解离及等电点的特征,这样在碱性区域蛋白质分子带负电荷向阳极移动,直至某一pH位点时失去电荷而停止移动,此处介质的pH恰好等于聚焦蛋白质分子的等电点(pl)。同理,位于酸性区域的蛋白质分子带正电荷向阴极移动,直到它们的等电点上聚焦为止。可见在该方法中,等电点是蛋白质组分的特性量度,将等电点不同的蛋白质混合物加入有pH梯度的凝胶介质中,在电场内经过一定时间后,各组分将分别聚焦在各自等电点相应的pH位置上,形成分离的蛋白质区带。
⒉pH梯度的组成pH梯度的组成方式有二种,一种是人工pH梯度,由于其不稳定,重复性差,现已不再使用。另一种是天然pH梯度。天然pH梯度的建立是在水平板或电泳管正负极间引入等电点彼此接近的一系列两性电解质的混合物,在正极端吸入酸液,如硫酸、磷酸或醋酸等,在负极端引入碱液,如氢氧化钠、氨水等。电泳开始前两性电解质的混合物pH为一均值,即各段介质中的pH相等,用pH0表示。电泳开始后,混合物中pH最低的分子,带负电荷最多,pI1为其等电点,向正极移动速度最快,当移动到正极附近的酸液界面时,pH突然下降,甚至接近或稍低于PI1,这一分子不再向前移动而停留在此区域内。由于两性电解质具有一定的缓冲能力,使其周围一定的区域内介质的pH保持在它的等电点范围。pH稍高的第二种两性电解质,其等电点为pI2,也移向正极,由于pI2>pI1,因此定位于第一种两性电解质之后,这样,经过一定时间后,具有不同等电点的两性电解质按各自的等电点依次排列,形成了从正极到负极等电点递增,由低到高的线性pH梯度,如图16-3所示。
⒊两性电解质载体与支持介质理想的两性电解质载体应在pI处有足够的缓冲能力及电导,前者保证pH梯度的稳定,后者允许一定的电流通过。不同pI的两性电解质应有相似的电导系数从而使整个体系的电导均匀。两性电解质的分子量要小,易于应用分子筛或透析方法将其与被分离的高分子物质分开,而且不应与被分离物质发生反应或使之变性。
图16-3 pH梯度形成示意图
常用的pH梯度支持介质有聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶等,其中聚丙烯酰胺凝胶为最常应用。
电泳后,不可用染色剂直接染色,因为常用的蛋白质染色剂也能和两性电解质结合,因此应先将凝胶浸泡在5%的三氯醋酸中去除两性电解质,然后再以适当的方法染色。
(四)其他电泳技术
⒈IEF/SDS-PAGE双向电泳法1975年O′Farrall等人根据不同组份之间的等电点差异和分子量差异建立了IEF/Sd S-PAGE双向电泳。其中IEF电泳(管柱状)为第一向,SDS-PAGE为第二向(平板)。在进行第一向IEF电泳时,电泳体系中应加入高浓度尿素、适量非离子型去污剂NP-40。蛋白质样品中除含有这两种物质外还应有二硫苏糖醇以促使蛋白质变性和肽链舒展。
IEF电泳结束后,将圆柱形凝胶在SDS-PAGE所应用的样品处理液(内含SDS、β-巯基乙醇)中振荡平衡,然后包埋在SDS-PAGE的凝胶板上端,即可进行第二向电泳。
IEF/ SDS-PAGE双向电泳对蛋白质(包括核糖体蛋白、组蛋白等)的分离是极为精细的,因此特别适合于分离细菌或细胞中复杂的蛋白质组分。
⒉毛细管电泳 Neuhoff等人于1973年建立了毛细管均一浓度和梯度浓度凝胶用来分析微量蛋白质的方法,即微柱胶电泳,均一浓度的凝胶是将毛细管浸入凝胶混合液中,使凝胶充满总体积的2/3左右,然后将其揿入约厚2mm的代用粘土垫上,封闭管底,用一支直径比盛凝胶的毛细管更细的硬质玻璃毛细管吸水铺在凝胶上。聚合后,除去水层并用毛细管加蛋白质溶液(01-10μl,浓度为1-3mg/ml)于凝胶上,毛细管的空隙用电极缓冲液注满,切除插入粘土部分,即可电泳。
毛细管电泳分析仪的诞生,特别是美国生物系统公司的高效电泳色谱仪为DNA片段、蛋白质及多肽等生物大分子的分离、回收提供了快速、有效的途径。高效电泳色谱法是将凝胶电泳解析度和快速液相色谱技术溶为一体,在从凝胶中洗脱样品时,连续的洗脱液流载着分离好的成分,通过一个连机检测器,将结果显示并打印记录。高效电泳色谱法既具有凝胶电泳固有的高分辨率,生物相容性的优点,又可方便地连续洗脱样品。